Оганесян Стратегия циклотронов

Стратегия развития циклотронов в ЛЯР
О роли Г.Н.Флерова в развитии ускорительной базы ЛЯР сказано и
написано достаточно много. Мне бы хотелось в этой небольшой заметке
сконцентрировать внимание на том, какое влияние идеи и мысли нашего
учителя оказали на это развитие. Чтобы быть вполне конкретным, я хотел бы
проиллюстрировать это на примере создания циклотрона У-200 (двухметрового
изохронного циклотрона). Как известно, создание циклотрона У-200 началось в
1966 году и было осуществлено на базе существовавшего в ЛЯР 150 см
классического циклотрона У-150. Надо сказать, что выбор пути реконструкции
циклотрона и, прежде всего, в плане концептуальном с целью его
последующего использования для создания новых ускорительных установок
был совсем нетривиальным. Дело в том, что примерно в начале 1960 года в
циклотронной технике (прежде всего на Западе) начался процесс создания
циклотронов нового поколения, а именно, изохронных циклотронов,
позволяющих в силу своего принципа заметно увеличить энергию ускоряемых
ионов. Однако, это преимущество изохронного циклотрона прежде всего давало
наиболее заметный выигрыш для легких ионов (p,d,). Поскольку подавляющее
количество циклотронов именно было предназначено для ускорения легких
частиц, то в различных научных центрах (прежде всего в США) была
предложена и реализована определенная концепция циклотрона и принята
соответствующая конструктивная схема: большие магнитные зазоры и,
соответственно, невысокий уровень магнитного поля, малый прирост энергии за
один оборот ускорения, мощная система корректирующих катушек,
потребляющих, наряду с основным электромагнитом, большую мощность. Надо
сказать, что физика тяжелых ионов в то время еще находилась на начальном
пути своего развития и как следствие, в мире имелось относительно небольшое
число ускорителей. Для ЛЯРа, где ядерная физика базировалась почти
исключительно на использовании пучков тяжелых ионов, такая концепция
циклотрона не определяла перспектив развития ускорительной базы
Лаборатории. Поэтому необходимо было разработать новую концепцию и
конструктивную схему с учетом больших достижений ЛЯР в области ионных
источников тяжелых ионов.
И здесь, нужно отметить, в полной мере проявилась исключительная
научная интуиция Флерова, хорошо знакомая многим физикамэкспериментаторам. Именно нетривиальность подхода привела в конечном
итоге к совершенно новой и необычной по тому времени конструкции
изохронного циклотрона тяжелых ионов (высокий уровень поля при малых
магнитных зазорах, размещение дуантов малой угловой протяженности только в
области больших зазоров и, по существу, в определенной степени разделение
функций формирования магнитного и высокочастотного полей, многомодовый
режим ускорения на кратных гармониках). Конечно, реализация этой новой
концепции давалась далеко не просто, учитывая отсутствие как собственного,
так и мирового опыта, и как следствие, какой-либо помощи, что в определенной
степени «компенсировалось» присутствием большой доли скептицизма в
отношении работоспособности данной конструктивной схемы. Тем не менее,
многочисленные трудности были успешно преодолены и примерно через 2 года
после начала реконструкции на циклотроне У-200 были получены пучки
ускоренных ионов.
В процессе создания циклотрона У-200 были предложены и реализованы
ряд новый идей, наиболее яркой из которых является идея использования для
вывода пучка, свойство тяжелых ионов изменять свой заряд при прохождении
через вещество (твердое или газообразное). Эта идея была предложена
совместно Г.Н.Флеровым и Ю.Ц.Оганесяном. Новый метод, обладающий
высокой эффективностью и одновременно простотой, явился основным
способом вывода для всего последующего семейства циклотронов ЛЯР.
Следует отметить, что метод обдирки позволяет наилучшим образом
решать вопрос получения очень интенсивных пучков ионов (p,d, и «легкие»
тяжелые ионы) при практически полном отсутствии наведенной активности
внутри циклотрона. Это свойство метода, наряду с методом вывода пучков
отрицательных ионов, и на современном этапе является очень актуальным для
циклотронов легких ионов для прикладных исследований, генерирующих во все
возрастающих объемах радиоактивные изотопы для медицины и индустрии.
Запущенный в 1968 году циклотрон У-200 явился реальной основой в
создании будущих циклотронов ЛЯР и все последующие циклотроны
Лаборатории и, именно, У-400, У-400М, ИЦ-100 базируются на этой концепции
циклотрона тяжелых ионов. Тот же самый принцип был использован при
создании циклотрона У-200П, работающим ныне в Варшавском университете, а
также создаваемых в настоящее время циклотрона ВИНЧА (Белград, Институт
ядерных наук) и циклотрона Словацкого научного центра в Братиславе. Но, что
особенно важно, что У-200 по существу явился прообразом многоцелевых
циклотронов нового поколения, способных наиболее оптимальным образом
получить пучки легких и тяжелых ионов в широком диапазоне энергий и
ускоряемых масс ионов. Эта схема компактного циклотрона стала
доминирующей в мире и успешно выдержала испытание временем. Было
создано достаточно много циклотронов, как на основе обычных магнитов, так и
сверхпроводящих. И в подтверждение следует сказать, что один из последних
созданных циклотронов CIME, представляющий последнюю ступень в
получении и ускорении радиоактивных пучков комплекса GANIL, и успешно
запущенный в
1998 году практически полностью повторяет ту же
концептуальную и конструктивную схему, которая в 1966 году были
реализована в циклотроне У-200.
Р.Ц.Оганесян